5G承載網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)及關鍵技術探究

王靜靜，張 康，王菲菲

（昌吉學院，新疆 昌吉 831100）

1 5G應用場景

根據(jù)ITU（國際電信聯(lián)盟）建議，對5G網(wǎng)絡可能要服務的業(yè)務類型進行了分類，主要有以下3種。

（1）eMBB（增強型移動寬帶），也就是超大帶寬，主要滿足用戶對大流量的需求，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，流量已成為各個互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)必爭之地，而運營商5G商用的第一目標就是提升客戶的體驗速率，一般使用情況下用戶體驗速率達到1Gbps，峰值速率達到數(shù)10Gbps，流量密度最高可達和數(shù)10Tbps/km2。適用于連續(xù)廣域覆蓋和熱點高容量的場景，也是5G初步商用的第一目標。

（2）uRLLC（超低時延、高可靠），這類應用對時延及其敏感，并具有高可靠性的特點，主要面向的是車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直領域，主要滿用戶毫秒級的端到端時延，并為時延敏感型的特殊行業(yè)提供高可靠性保證。

（3）mMTC（低功耗、大連接），這類應用的主要特點是數(shù)據(jù)包較小、功耗較低但是連接數(shù)量巨大，主要面向的應用場景是智慧城市（例如垃圾分類）、智能農業(yè)、森林防火和環(huán)境監(jiān)測等方面。要求網(wǎng)絡能夠支持海量連接，具有支持千億級別的連接的能力，滿足100萬/km2的連接密度要求，對終端產品也提出了要求，即滿足低功耗和超低成本的特點。

總之，5G關鍵能力指標所必須具備的特點有：大帶寬高速率、低時延高可靠、海量連接，與4G網(wǎng)絡相比，在速率、時延、移動性、流量密度及連接數(shù)密度等關鍵指標上必須具有較大的飛躍。

表1 5G關鍵指標與4G參考值進行對比

2 5G承載網(wǎng)應具備的特點

（1）靈活性：隨著各項業(yè)務不斷發(fā)展，5G網(wǎng)絡必須具有靈活性及豐富性的特點才能夠充分適應各類業(yè)務要求，與傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡相比，必須具有更好的業(yè)務實現(xiàn)能力、更強的帶寬承載能力、更合理的網(wǎng)絡組織架構，與不斷更新的新技術能夠更好的融合。

（2）低時延：面向自動控制、無人駕駛等垂直行業(yè)業(yè)務，要求5G網(wǎng)絡建設時必須要考慮到端到端傳輸時延，因此必須要對現(xiàn)網(wǎng)結構進行優(yōu)化、最大限度地減少節(jié)點數(shù)量、縮短轉發(fā)路徑、優(yōu)化傳輸設備性能以降低節(jié)點處理時延，以達到降低整個承載網(wǎng)時延的目的，提高網(wǎng)絡傳輸性能。

（3）高可靠性，網(wǎng)絡承載能力的高低將直接影響用戶的使用體驗，因此5G承載網(wǎng)還必須具有高可靠性的特點，可采用與4G承載網(wǎng)相似的組網(wǎng)方式，接入層、匯聚層采用環(huán)形組網(wǎng)，核心層采用口字型組網(wǎng)方案，并根據(jù)實際情況進行針對性的優(yōu)化。

3 5G承載網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

（1）帶寬需求：與傳統(tǒng)的4G基站相比，5G基站的峰值將提升幾十倍，對現(xiàn)網(wǎng)接入層設備來說是一個巨大挑戰(zhàn)，且5G基站的站型、站密度與傳統(tǒng)4G基站均有不同，因此，要求5G承載網(wǎng)的帶寬規(guī)劃必須能夠根據(jù)無線基站的特征，具有更好的適應性及線路容量能夠平滑擴展。

（2）時延需求：5G端到端時延相比4G降低很多，eMBB端到端時延要求小于20ms，承載網(wǎng)時延必須小于14.4ms，而uRLLC 端到端時延要求小于5ms，承載網(wǎng)時延必須小于3.2ms，現(xiàn)有網(wǎng)絡架構下幾乎無法滿足，因此新的網(wǎng)絡架構必須能夠做到整體降低承載網(wǎng)時延。

（3）連接需求：5G基站密度更高，主要是由于采用了超密集組網(wǎng)技術（UDN），因此對基站之間的協(xié)同性要求也更高，相比于傳統(tǒng)4G基站，5G基站的東西向流量會大大增加，核心網(wǎng)將傾向于云化部署，核心網(wǎng)部署在邊緣DC后，將會導致邊緣DC之間的東西向流量大幅增加，MEC下沉到邊緣匯聚層，MEC之間也會產生東西向流量，因此東西流量需要進行動態(tài)疏導。現(xiàn)有網(wǎng)絡架構L2+L3的形式已不能滿足上述需求，由于5G承載網(wǎng)將趨向于Full Mesh全連接，因此，需要對現(xiàn)網(wǎng)架構進行重新設計。

（4）網(wǎng)絡分片功能：5G面向的3類不同的應用場景，對網(wǎng)絡也提出了不同的接入需求，要求5G網(wǎng)絡必須能夠按需定制、切片化運營且具備資源共享的能力。為了滿足一網(wǎng)多用，5G網(wǎng)絡標準要求從無線網(wǎng)、承載網(wǎng)以及核心網(wǎng)都具備端到端的切片能力，也就是要求承載設備需要底層支持切片的能力。

（5）高精度時間同步：時間同步是考察承載網(wǎng)性能的一個重要指標，5G網(wǎng)絡由于CA功能將跨越不同的BBU，因此GPS誤差，承載網(wǎng)誤差都會影響CA同步精度，且饋線安裝難度較大、GPS易受干擾，5G 基站的覆蓋面積小于4G，導致5G基站密度大，需要配備及維護的GPS多，因此對5G時間同步精度提出了更高的要求。

4 5G承載網(wǎng)關鍵技術

（1）大帶寬技術：FlexE：面向5G網(wǎng)絡中的云服務、網(wǎng)絡切片，以及AR/VR/超高清視頻等時延敏感業(yè)務需求，靈活以太網(wǎng)技術FlexE能夠構建智能端到端鏈路。FlexE技術在IEEE802.3的協(xié)議棧的MAC層和PCS層增加一個FlexE Shim層，Shim層融合了時隙和反向復用的技術特征，將業(yè)務邏輯層和物理層隔開。通過綁定多條100G PHY來傳輸大流量的以太網(wǎng)業(yè)務，實現(xiàn)邏輯層面的大速率、子速率、通道化功能。反向復用可以實現(xiàn)綁定多個低速服務層承載大速率業(yè)務的功能。FlexE技術使業(yè)務速率與物理通道速率相互獨立，在邏輯層面可以實現(xiàn)大業(yè)務速率（鏈路捆綁）、子速率、通道化等功能，以及網(wǎng)絡分片需求。

（2）低時延技術：FlexE交叉：FlexE技術通過時隙交叉技術實現(xiàn)基于物理層的用戶業(yè)務流轉發(fā)，數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中間節(jié)點不再進行解析，可在瞬間完成業(yè)務流交叉過程，單設備轉發(fā)時延降至1～10us。FlexE交叉有利于實現(xiàn)分組網(wǎng)扁平化，傳統(tǒng)PTN分組網(wǎng)絡環(huán)網(wǎng)拓撲下，需逐點分組轉發(fā)，效率較低，且采用FlexE時隙交叉技術能夠實現(xiàn)對不同類型業(yè)務通道的物理隔離，可根據(jù)不同的業(yè)務需求在每個通道獨立部署QoS調度策略。

（3）靈活連接技術：SR（段路由）：段路由SR屬于“源路由”和“隧道”技術，能夠對IP-MPLS網(wǎng)絡能力進行最大優(yōu)化。SR-TE能夠提供端到端QOS保證，實現(xiàn)流量監(jiān)控和流量優(yōu)化，SR-BE是最佳的大連接隧道技術，滿足L3VPN到邊緣的需求。SR只需要控制源節(jié)點，易于SDN集中控制，且中間節(jié)點無狀態(tài)，擴展性好，可支持數(shù)十萬節(jié)點網(wǎng)絡，因此SR是解決5G承載靈活大連接的有效解決方案。

（4）端到端控制技術SDN：由于5G承載網(wǎng)具有各個端口之間連接量巨大的特點，為了確保網(wǎng)絡的正常運轉，前傳、中傳以及回傳網(wǎng)絡之間必須進行高效協(xié)同。SDN轉發(fā)與控制分離的架構，使得網(wǎng)絡更加簡化，層次更加清晰，對于網(wǎng)絡設備而言，復雜的業(yè)務功能交由上層應用服務器實現(xiàn)，因此網(wǎng)絡設備將更加通用化、簡單化，設備成本也會隨之降低；同時，SDN控制的邏輯集中，能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡的集中管理與控制，在控制器或上層應用靈活定制網(wǎng)絡功能，可以更好滿足網(wǎng)絡的需求，確保 5G承載網(wǎng)絡的高效運行以及安全保障。

5 結束語

5G通信技術開啟了通信行業(yè)的新篇章，本文分析了5G應用場景，以及針對這些不同的應用場景5G網(wǎng)絡應具備的特點及面臨的挑戰(zhàn)，并對5G關鍵技術進行了探究，為5G承載網(wǎng)的規(guī)劃與建設方案提供了思路。